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Une tension de sortie régulée dans un SMPS (Switch-Mode Power Supply) est obtenue via une boucle de contrôle de rétroaction. Cette boucle surveille en permanence la tension de sortie et ajuste le comportement de commutation des transistors de puissance pour maintenir le niveau de tension souhaité. Voici une ventilation des composants clés et de leurs rôles :
1. Composants de la boucle de contrôle de rétroaction :
* Capteur de tension de sortie : Cela utilise généralement un diviseur de tension pour créer une représentation proportionnelle plus petite de la tension de sortie. Cette tension plus petite est facilement gérée par les circuits de commande.
* Amplificateur d'erreur (comparateur) : Ceci compare la tension de sortie détectée (tension de rétroaction) avec une tension de référence (une tension précise et stable générée en interne). La différence entre ces deux tensions constitue le signal d'erreur.
* Contrôleur de modulation de largeur d'impulsion (PWM) : C'est le « cerveau » de l'opération. Il reçoit le signal d'erreur de l'amplificateur d'erreur. En fonction de l'ampleur et de la polarité de l'erreur, il ajuste le rapport cyclique (la proportion du cycle de commutation pendant lequel le transistor de puissance est passant) des transistors de commutation.
* Transistors de commutation (MOSFET ou IGBT) : Ceux-ci s'allument et s'éteignent rapidement, générant les impulsions haute fréquence qui créent la tension continue commutée. Le contrôleur PWM dicte la durée pendant laquelle ils restent « allumés » à chaque cycle.
* Filtre de sortie (inductance et condensateur) : Cela lisse la sortie pulsée haute fréquence des transistors de commutation, la convertissant en une tension continue relativement stable.
2. Comment ça marche :
1. Mise sous tension initiale : Le SMPS démarre et la tension de sortie commence à augmenter.
2. Détection et comparaison de tension : Le capteur de tension de sortie envoie une tension proportionnelle à la tension de sortie à l'amplificateur d'erreur. L'amplificateur d'erreur compare cela à la tension de référence.
3. Amplification des erreurs et ajustement PWM : Si la tension de sortie est inférieure à la tension de référence (l'erreur est négative), l'amplificateur d'erreur génère un signal qui augmente le rapport cyclique du contrôleur PWM. Cela signifie que les transistors de commutation sont « passants » pendant une partie plus longue de chaque cycle, augmentant ainsi la tension de sortie moyenne. A l’inverse, si la tension de sortie est supérieure à la tension de référence (l’erreur est positive), le rapport cyclique diminue, réduisant ainsi la tension de sortie moyenne.
4. Régulation de la tension de sortie : Cette boucle de rétroaction ajuste en permanence le cycle de service, créant ainsi un système d'autorégulation. Les changements de courant de charge (plus d'appareils consomment de l'énergie) ou les variations de tension d'entrée sont compensés par la boucle de contrôle, maintenant une tension de sortie relativement constante.
3. Types de contrôle de rétroaction :
Plusieurs types de boucles de contrôle peuvent être utilisés, notamment :
* Contrôle du mode tension : L'amplificateur d'erreur contrôle directement le rapport cyclique en fonction de l'erreur de tension. C'est plus simple mais peut être sujet à l'instabilité dans certaines conditions.
* Contrôle du mode actuel : La boucle de contrôle surveille également le courant d'inductance. Cela permet une réponse transitoire plus rapide et une meilleure régulation de ligne, mais est plus complexe à mettre en œuvre.
4. Mécanismes de protection :
Un SMPS bien conçu comprend plusieurs fonctionnalités de protection, telles que :
* Protection contre les surtensions : Arrête le SMPS si la tension de sortie dépasse une limite de sécurité.
* Protection contre les surintensités : Limite ou arrête le courant de sortie s'il devient excessif.
* Protection contre les courts-circuits : Détecte et réagit à un court-circuit sur la sortie.
En résumé, la tension de sortie régulée dans un SMPS est obtenue grâce à un système de rétroaction précis en boucle fermée qui surveille et ajuste en permanence le comportement de commutation des transistors de puissance pour maintenir le niveau de tension souhaité malgré les variations de charge ou de tension d'entrée.
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